CN203695540U - 一种增容式高能超声管壁清洁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增容式高能超声管壁清洁装置，主要解决了超声处理设备存在处理液态介质能力不足的问题。该防爆增容型高能超声管壁清洁装置，包括葫芦形的增容管道(5)，设置在该增容管道(5)葫芦形尾部的进液直管(6)，以及设置在该增容管道(5)葫芦形头部的出液直管(2)；所述增容管道的葫芦形头部外壁设置有两个高能超声生成装置，且两个高能超声生成装置的中心线在所述增容管道内部相互交叉。本实用新型结构合理，能够有效延长瞬态超声空化效应的作用时间，增加超声能量密度和超声空化产出率，从而对液体的处理能力大大提高，可有效防止管壁结垢，保持管壁清洁，同时还具有节能减排的特点。

Description

一种增容式高能超声管壁清洁装置

技术领域

本实用新型涉及一种管壁清洁装置，具体地说，是涉及一种增容式高能超声管壁清洁装置。

背景技术

超声空化作用是指液体中小气泡随超声作用而振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合而产生剧烈冲击波的动力学过程。超声能量足够高时，就会产生“超声空化”现象。

通常，空化气泡振动过程约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。这种气泡在急剧崩溃的瞬间会产生局部高温高压(5000K，1800atm)，冷却速度可达109K/s。

超声空化效应通过微小空间的爆破力作用于其周围的液固态混合物，从而打断某些物质的分子链或微团结构，即“软化”机制，进而破坏了流体中各种成垢物质的自然积垢条件，有效地防止了管壁垢物的正常生成。同时，超声空化效应也可防止藻类和细菌的滋生，并使已生成的垢质软化、碎裂，继而脱落。

液体中瞬态超声空化的强度受超声能量分布条件紧密相关。也即，超声场内声能密度、频率、介质温度、处理时间等物理化学参数，将直接影响超声对液态介质的处理程度，即管壁的防除垢效果。大量实验证明，超声能量密度、作用时间、超声瞬态空化产出率往往是影响水处理效果的关键参数，也是实际工程设计的主要技术指标。

迄今为止，应用于换热器、输油管道和其它水处理的超声处理结构基本属于如下几类：

(1)内置圆柱形超声换能器结构：将传统的圆柱形超声换能器沿管道中轴放置。该种结构的不足之处在于：这类换能器的功率较小，且呈发散分布，超声作用效率低；同时，流速在换能器段加速，超声作用时间缩短。这些缺点直接影响了超声换能器对液态物质的处理效果。

(2)外壁镶嵌超声换能器结构：该结构的超声换能器分布在管道四壁，其优点是声波向管道中心方向发射，利于聚集能量，其主要不足在于：这类换能器超声功率难以作大，其超声平均功率很难超过100瓦，因而对液态介质的处理能力有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增容式高能超声管壁清洁装置，主要解决现有的超声处理设备存在处理液态介质能力不足的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种增容式高能超声管壁清洁装置，包括葫芦形的增容管道，设置在该增容管道葫芦形尾部的进液直管，以及设置在该增容管道葫芦形头部的出液直管；所述增容管道的葫芦形头部外壁设置有两个高能超声生成装置，且两个高能超声生成装置的中心线在所述增容管道内部相互交叉。

进一步地，两个高能超声生成装置对称分布在该出液直管的两侧。

优选地，两个高能超声生成装置之间的夹角为30°～90°。

优选地，所述高能超声生成装置通过法兰盘与增容管道外壁可拆卸连接。

再进一步地，所述高能超声生成装置包括压电转换器，以及分别与该压电转换器和法兰盘连接并伸入到所述增容管道内部的棒式超声换能器。

本实用新型的主要设计原理在于：(1)在管道流量不变的情况下，设置形状为葫芦形的增容管道，利用管道局部增容，并限定进液直管和出液直管在增容管道上的位置，从而使得液体进入管道后的直径由小变大，而根据流体力学原理，由于进液直管进入的液体会在直径流线形扩大的增容管道内回旋，因此其直线流速会减慢；(2)在增容管道内部安装双套棒式超声换能器，使得空间超声密度大大增强。如此一来，两者相互作用，超声能量作用于液体的时间将会大幅度延长，并且超声空化效应对液体的作用效果也将会大大增强，液体被有效软化，并会将这一状态保持相当长的时间，因而避免了管壁结垢现象的发生，使管壁长时间保持清洁状态。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型原理简单，结构设计巧妙，成本低廉，使用方便。

(2)本实用新型采用双套棒式超声换能器，并以中心线交叉的结构形式安装在葫芦形增容管道内，且对称分布在出液直管两侧，从而有效地增强了空间的超声能量密度，同时本实用新型依靠进液直管和出液直管位置的合理设计，充分利用了流体动力学原理及流体的涡流和湍流现象，在超声功率不变的前提下，巧妙地增加了超声空化产出率，继而增加水处理的源动力，使得本实用新型在延长了增容管道内超声作用时间的同时，还增强了对液体处理的效果。

(3)本实用新型使管道内壁垢明显减少，大幅度延长了管道的使用寿命，不仅减少了材料的消耗，而且降低了生产成本和维护成本；应用于换热设备中，还可以明显提高换热管道的换热效率，其节能效果相当显著。

(4)本实用新型所采用的棒式超声换能器，其发射功率在1～5kw左右，而其它形式的超声换能器的发射功率仅为几百瓦，因此，本实用新型采用棒式超声换能器远远大于其它形式超声换能器对液体的处理能力。

(5)本实用新型的管壁清洁和防除垢能力强，节能减排效果好，其与现有技术相比，具有实质性的特点和进步，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，附图标记对应的零部件名称为：

1-压电转换器，2-出液直管，3-法兰盘，4-棒式超声换能器，5-增容管道，6-进液直管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本实用新型是针对应用于高能超声水处理和液体管、罐内壁的防护工程而提出的新的技术方案，其主要包括依次连接的进液直管6、增容管道5、出液直管2，以及与增容管道5外壁连接的两个高能超声生成装置。其中，增容管道5形状为葫芦形，进液直管6设置在增容管道5葫芦形的尾部，出液直管2和两个高能超声生成装置均设置在增容管道5葫芦形的头部。优选地，两个高能超声生成装置与增容管道5外壁的连接处均靠近出液直管2，并且以出液直管2的中心轴线为对称轴对称分布在其两侧。同时，高能超声生成装置通过法兰盘3与增容管道5连接，如此可方便拆装和更换高能超声生成装置。

具体地说，所述高能超声生成装置包括压电转换器1，以及分别与压电转换器1和法兰盘3连接并伸入到增容管道5内部的棒式超声换能器4。为了增强增容管道5内超声空间的声能量密度，两个棒式超声换能器斜向插入增容管道内部，一般地，两个棒式超声换能器之间的最佳夹角为30°～60°。

本实用新型的使用过程如下：

当液体以一定的流速由进液直管6进入后，遂以发散状或涡流状的湍流形式在增容管道5的区域内回旋。与此同时，压电转换器1在电功率的驱动下，利用棒式超声换能器4向周围和前方发射高能超声。高能超声与流动中的液体相互作用，在液体中发生大量瞬态超声空化效应，使液体滋生出空化气泡。在超声空化效应持续作用下，这些空化气泡爆裂，产生高温、高压及剪切力等环境条件，使液体发生一系列的物理和化学反应，液体中的分子链、共价键断裂，即液体被软化处理，经过软化处理后的液体，最后由出液直管2流出。

由于软化液体的形态将保留相当长一段时间，因此可在一定程度上避免管壁结垢，从而维持管壁光滑清洁。

本实用新型可以实现对输水管、罐(如换热器、输液管道等)的清洁防护，延长管道的使用寿命，同时可以提高换热器的能量交换效率，节能减排效果显著。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，不应当用以限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神下所作出的任何毫无实质意义的改动和润色，或是进行等同置换，其所解决的技术问题实质上与本实用新型一致的，也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种增容式高能超声管壁清洁装置，其特征在于：包括葫芦形的增容管道(5)，设置在该增容管道(5)葫芦形尾部的进液直管(6)，以及设置在该增容管道(5)葫芦形头部的出液直管(2)；所述增容管道的葫芦形头部外壁设置有两个高能超声生成装置，且两个高能超声生成装置的中心线在所述增容管道内部相互交叉。

2.根据权利要求1所述的一种增容式高能超声管壁清洁装置，其特征在于：两个高能超声生成装置对称分布在该出液直管(2)的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种增容式高能超声管壁清洁装置，其特征在于：两个高能超声生成装置之间的夹角为30°～90°。

4.根据权利要求1～3任意一条所述的一种增容式高能超声管壁清洁装置，其特征在于：所述高能超声生成装置通过法兰盘(3)与增容管道(5)外壁可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种增容式高能超声管壁清洁装置，其特征在于：所述高能超声生成装置包括压电转换器(1)，以及分别与该压电转换器(1)和法兰盘(3)连接并伸入到所述增容管道(5)内部的棒式超声换能器(4)。